【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池系统，具体涉及一种风冷燃料电池供氢供热循环系统及其控制方法。
技术介绍
1、随着氢燃料电池技术的快速发展，质子交换膜燃料电池作为一种新能源设备，可以室温快速启动、效率高、噪音低和无污染等优点，鉴于传统通信基站电源中使用汽/柴油发电机进行发电，具有环境不友好碳排放成本上升等缺陷，氢燃料电池替代它们作为主供电源可以弥补这一不足。由于氢气集装格体积大安装不便并有安全隐患，使用固态储氢的方式给燃料电池系统供氢便于在通信设备电源机房安装和提高安全性。然而固态储氢的充放氢需要对升温和降温进行精确有效控制，在放氢时需要使固态储氢装置的水进行快速升温，在充氢时需要给固态储氢装置的水进行快速降温，对能量利用效率提出了更高的要求。
2、因此，本专利技术提出了一种风冷燃料电池供氢供热循环系统及其控制方法，旨在一定程度上解决固态储氢装置供氢控制和加热控制问题且能大幅提高系统能量利用效率。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种风冷燃料电池供氢供热循环系统及其控制方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。
2、为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，包括依次连接固态储氢装置、引射器、风冷电堆、水空换热器和加热器，其中风冷电堆上端设有空滤装置和风扇，风冷电堆下端设有集风罩，集风罩连接水空换热器，风冷电堆氢气出口连接有气水分离器并与引射器形成循环回路；固态储氢装置进水口连接
4、在上述技术方案的基础上，固态储氢装置设有半导体制冷片、固态储氢瓶和水套，半导体制冷片敷设于固态储氢瓶外壁，水套将半导体制冷片和固态储氢瓶完全包覆。
5、在上述技术方案的基础上，水套为桶状空心腔体并设有出水口和进水口，水套通过出水口和进水口水热循环对固态储氢瓶进行升降温控制；水套还设有第三温度传感器，第三温度传感器用于监测水套内的水温。
6、在上述技术方案的基础上，固态储氢装置与引射器之间依次设有供氢阀、第一压力传感器、比例阀，供氢阀为开关阀用于控制供氢通断，第一压力传感器监测固态储氢装置出氢口的出氢压力，比例阀调节风冷电堆进氢压力。
7、在上述技术方案的基础上，引射器与风冷电堆之间设有泄压阀，泄压阀一端接通外界大气用于泄压调节，并且风冷电堆进氢口设有第二压力传感器，第二压力传感器用于监测风冷电堆入堆氢气压力。
8、在上述技术方案的基础上，气水分离器设有加热尾排阀，加热尾排阀连接于气水分离器底端，加热尾排阀用于排水排气调节。
9、在上述技术方案的基础上，风冷电堆设有第一温度传感器，第一温度传感器监测风冷电堆温度。
10、在上述技术方案的基础上，固态储氢装置还设有加氢口，加氢口依次串接单向阀、开关阀，开关阀连接外部氢气源。
11、在上述技术方案的基础上，一种风冷燃料电池供氢供热循环系统的功率拉载控制方法，该方法包括步骤如下：
12、步骤一、进入功率拉载阶段：依次打开供氢阀、比例阀，控制比例阀开度满足风冷电堆不同功率压力/流量需求；控制风扇转速以匹配风冷电堆进堆空气流量/压力需求；
13、步骤二、打开加热器，提升循环水温至固态储氢装置的预定放氢温度；
14、步骤三、每拉载至下一功率段时，在提前预设时间s内控制比例阀进入下一功率段对应的开度，直至功率pmain；
15、步骤四、打开水空换热器，使出堆的空气进行热量交换并给循环水加热，组合控制第一阀、第二阀为温差发电片提供热温差，或者组合控制第一阀、第二阀直接排空；
16、步骤五、实时监测第一压力传感器、第二压力传感器，联合控制加热器、水空换热器、水泵和散热器，实时调节循环水温并保持固态储氢装置的预定放氢温度以匹配风冷电堆当前的供氢需求。
17、在上述技术方案的基础上，一种风冷燃料电池供氢供热循环系统的充氢控制方法，该方法包括：
18、进入充氢阶段：风冷电堆处于停机状态或较低负载工况，依次打开开关阀、单向阀，关闭加热器和水空换热器，启动半导体制冷片制冷；
19、监测第一温度传感器、第二温度传感器，调整水泵转速使循环水温保持在预定范围内；
20、充氢完毕，启动温差发电片，组合控制第一阀、第二阀为温差发电片提供热温差，进而给储能电池或负载供电，或者组合控制第一阀、第二阀直接排空。
21、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
22、（1）本专利技术中的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统与现有技术相比，利用空气余热给固态储氢装置进行加热升温，利用半导体制冷片对固态储氢系统进行冷却降温，同时使用温差发电片对空气尾排的余热发电实现能量的多级利用，通过对整个系统的供氢和供热的精确控制，使风冷燃料电池系统的能量利用率得到了提升。
23、（2）本专利技术中的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，风冷电堆的余热通过水空换热器进行热交换，同时结合加热器、水泵、水箱、散热器，利用控制算法对固态储氢的放氢水温进行实时动态调节，使固态储氢装置的放氢速率满足风冷电堆工况要求，同时空气尾排的热量可以排空或将热量传给温差发电片给储能电池充电。
24、（3）本专利技术中的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，利用半导体制冷片对循环水温的再次利用，利用余热来进行制冷给固态储氢装置进行降温，以便于给固态储氢装置进行充氢，同时又通过散热器、水泵、水箱配合控制算法实时动态调节半导体制冷片的热量，通过循环水维持固态储氢装置处于充氢温度范围内。
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1.一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：包括依次连接固态储氢装置（3）、引射器（6）、风冷电堆（8）、水空换热器（12）和加热器（13），其中风冷电堆（8）上端设有空滤装置（9）和风扇（10），风冷电堆（8）下端设有集风罩（11），集风罩（11）连接水空换热器（12），风冷电堆（8）氢气出口连接有气水分离器（7）并与引射器（6）形成循环回路；固态储氢装置（3）进水口连接加热器（13），固态储氢装置（3）出水口连接水箱（14），固态储氢装置（3）、水箱（14）、水空换热器（12）、加热器（13）依次连接形成水循环回路，水箱（14）与水空换热器（12）之间还设有依次连接的水泵（15）和散热器（16），水箱（14）连接散热器（16）并与水泵（15）形成循环回路；此外，水空换热器（12）空气路出口还连有并联连接的第一阀（17）和第二阀（18），第一阀（17）连接有温差发电片（19），温差发电片（19）通过控制开关（20）连有储能电池（21）。
2.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述固态储氢装置（3）设有半导体制冷片（31）、固态储
3.根据权利要求2所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述水套（33）为桶状空心腔体并设有出水口和进水口，水套（33）通过出水口和进水口水热循环对固态储氢瓶（32）进行升降温控制；水套（33）还设有第三温度传感器（24），第三温度传感器（24）用于监测水套（33）内的水温。
4.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述固态储氢装置（3）与引射器（6）之间依次设有供氢阀（4）、第一压力传感器（25）、比例阀（5），供氢阀（4）为开关阀用于控制供氢通断，第一压力传感器（25）监测固态储氢装置（3）出氢口的出氢压力，比例阀（5）调节风冷电堆（8）进氢压力。
5.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述引射器（6）与风冷电堆（8）之间设有泄压阀（27），泄压阀（27）一端接通外界大气用于泄压调节，并且风冷电堆（8）进氢口设有第二压力传感器（26），第二压力传感器（26）用于监测风冷电堆（8）入堆氢气压力。
6.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述气水分离器（7）设有加热尾排阀（28），加热尾排阀（28）连接于气水分离器（7）底端，加热尾排阀（28）用于排水排气调节。
7.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述风冷电堆（8）设有第一温度传感器（22），第一温度传感器（22）监测风冷电堆（8）温度。
8.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述固态储氢装置（3）还设有加氢口，加氢口依次串接单向阀（2）、开关阀（1），开关阀（1）连接外部氢气源。
9.基于权利要求1-8任意一项中所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统的功率拉载控制方法，其特征在于：
10.基于权利要求1-8任意一项中所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统的充氢控制方法，其特征在于，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：包括依次连接固态储氢装置（3）、引射器（6）、风冷电堆（8）、水空换热器（12）和加热器（13），其中风冷电堆（8）上端设有空滤装置（9）和风扇（10），风冷电堆（8）下端设有集风罩（11），集风罩（11）连接水空换热器（12），风冷电堆（8）氢气出口连接有气水分离器（7）并与引射器（6）形成循环回路；固态储氢装置（3）进水口连接加热器（13），固态储氢装置（3）出水口连接水箱（14），固态储氢装置（3）、水箱（14）、水空换热器（12）、加热器（13）依次连接形成水循环回路，水箱（14）与水空换热器（12）之间还设有依次连接的水泵（15）和散热器（16），水箱（14）连接散热器（16）并与水泵（15）形成循环回路；此外，水空换热器（12）空气路出口还连有并联连接的第一阀（17）和第二阀（18），第一阀（17）连接有温差发电片（19），温差发电片（19）通过控制开关（20）连有储能电池（21）。
2.根据权利要求1所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述固态储氢装置（3）设有半导体制冷片（31）、固态储氢瓶（32）和水套（33），半导体制冷片（31）敷设于固态储氢瓶（32）外壁，水套（33）将半导体制冷片（31）和固态储氢瓶（32）完全包覆。
3.根据权利要求2所述的一种风冷燃料电池供氢供热循环系统，其特征在于：所述水套（33）为桶状空心腔体并设有出水口和进水口，水套（33）通过出水口和进水口水热循环对固态储氢瓶（32）进行升降温控制；水套（33）还设有第三温度传感器（24），第三温度传感器（24）用于监测水套（33）内的水温。...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐行胜，全琎，熊荧，全书海，
申请(专利权)人：武汉海亿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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